云計算在高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用探析

［摘 要］ 文章簡要說明云計算的概念、分類，分析目前高校在實(shí)驗(yàn)教學(xué)方面存在的不足，闡述云計算對于實(shí)驗(yàn)教學(xué)的影響，提出建立“虛擬實(shí)驗(yàn)室”和架構(gòu)實(shí)驗(yàn)教學(xué)混合云在高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)中云計算應(yīng)用的兩個方案，為將來的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式能像水電等基礎(chǔ)設(shè)施的使用一樣簡單方便。

［關(guān)鍵詞］ 云計算；實(shí)驗(yàn)教學(xué)；虛擬實(shí)驗(yàn)室

［作者簡介］ 趙振宇，廣西財經(jīng)學(xué)院實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心實(shí)驗(yàn)員，助理工程師，在讀軟件工程碩士研究生，研究方向：云計算，廣西 南寧，530003

［中圖分類號］ TP39 ［文獻(xiàn)標(biāo)識碼］ A ［文章編號］ 1007-7723（2012）02-0046-0003

隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，計算機(jī)和互聯(lián)網(wǎng)在人們的工作、學(xué)習(xí)和生活中地位越來越重要。以計算機(jī)和互聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)的云計算，是近幾年人們討論最多的一種信息技術(shù)理念，也是今后信息技術(shù)發(fā)展的主流。目前，很多高校開始利用這項(xiàng)新的技術(shù)，應(yīng)用到日常的教學(xué)、實(shí)驗(yàn)和行政辦公上，這對于改善教學(xué)質(zhì)量、優(yōu)化資源配置和提高工作效率等方面都有非常大的幫助。下面就云計算在高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)方面的應(yīng)用進(jìn)行一些探討。

一、云計算簡介

（一）云計算概念

云計算和實(shí)驗(yàn)教學(xué)之間有什么聯(lián)系？我們又怎樣運(yùn)用云計算實(shí)踐于實(shí)驗(yàn)教學(xué)中？首先，我們了解一下什么是云計算。

云計算是一種基于因特網(wǎng)的超級計算模式，在遠(yuǎn)程的數(shù)據(jù)中心里，成千上萬臺電腦和服務(wù)器連接成一片電腦云——用一個浪漫的比喻：用戶通過電腦、筆記本、手機(jī)等工具接入數(shù)據(jù)中心，按自己的需求進(jìn)行運(yùn)算。云計算的最終目的，是將計算機(jī)硬件、計算機(jī)軟件、服務(wù)器、計算和應(yīng)用作為一種公共設(shè)施提供給公眾用戶，使用戶能夠像使用水電煤氣一樣使用計算資源。

（二）云計算分類

目前云計算從兩個緯度來總結(jié)分析來進(jìn)行分類。

第一個緯度是根據(jù)云計算服務(wù)的部署方式和服務(wù)對象范圍可以將云分為三類：公共云、私有云和混合云。

公共云是由某個組織擁有，其云基礎(chǔ)設(shè)施面向公眾或某個很大的業(yè)界群組提供云計算服務(wù)。

私有云是指云基礎(chǔ)設(shè)施特定為某個組織內(nèi)部提供服務(wù)?？梢杂稍摻M織或委托第三方負(fù)責(zé)管理，可以是場內(nèi)服務(wù)，也可以是場外服務(wù)。

混合云是指云基礎(chǔ)設(shè)施由兩個或多個云組成，每個云獨(dú)立存在，但是通過標(biāo)準(zhǔn)的或私有的技術(shù)綁定在一起，這些技術(shù)保證了數(shù)據(jù)和應(yīng)用的可移植性?；旌显剖窃朴嬎闫脚_建設(shè)和應(yīng)用到一定階段的必然結(jié)果。

第二個緯度是根據(jù)云計算的服務(wù)類型可以將云分為三層：基礎(chǔ)構(gòu)架即服務(wù)(IaaS)、平臺即服務(wù)(PaaS)、軟件即服務(wù)(SaaS)。

基礎(chǔ)構(gòu)架即服務(wù)是指提供給用戶的能力是直接使用由服務(wù)商開發(fā)并部署在云基礎(chǔ)設(shè)施上的應(yīng)用軟件。用戶可以使用各種客戶端設(shè)備通過“瘦”客戶界面（例如瀏覽器）等來訪問應(yīng)用（例如基于瀏覽器的郵件）。

平臺即服務(wù)是指提供給用戶的能力是直接在云基礎(chǔ)設(shè)施之上部署用戶自主開發(fā)或采購的應(yīng)用，但這些應(yīng)用需嚴(yán)格按照云基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)商制定的標(biāo)準(zhǔn)并使用支持的編程語言或工具開發(fā)。

軟件即服務(wù)是指提供給用戶的能力是直接按需使用云基礎(chǔ)設(shè)施，用戶可以在獲得的云基礎(chǔ)設(shè)施上，自行部署和運(yùn)行任意的應(yīng)用軟件。

二、高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在的問題

目前，高校信息化建設(shè)投入的力度越來越大，實(shí)驗(yàn)教學(xué)對實(shí)驗(yàn)室的要求同樣變得越來越高，而一些主觀或者客觀的因素制約著實(shí)驗(yàn)教學(xué)的順利進(jìn)行。

在我國高校實(shí)驗(yàn)室中，用于實(shí)驗(yàn)教學(xué)的設(shè)備總不能滿足當(dāng)前的需求，信息技術(shù)的快速發(fā)展，導(dǎo)致軟件版本不斷更新，軟件對硬件的要求也隨之提高。如果新版本軟件在舊的設(shè)備上運(yùn)行，將會嚴(yán)重影響實(shí)驗(yàn)教學(xué)的質(zhì)量。因此，實(shí)驗(yàn)室的硬件設(shè)備大概以六年為一個周期，會相應(yīng)地更新一批設(shè)備。雖然，這樣能保證現(xiàn)階段的硬件設(shè)備能順暢地運(yùn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)所需要的軟件，但同時也提高了實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)和管理成本。

實(shí)驗(yàn)教學(xué)更注重教學(xué)的實(shí)踐性，在傳統(tǒng)教學(xué)的理論基礎(chǔ)上通過實(shí)踐、思考、推導(dǎo)、總結(jié)等方法，從而論證實(shí)驗(yàn)對象的有效性、真實(shí)性。但在我國的教育體系中，高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)所使用的資源利用率較低，實(shí)驗(yàn)教學(xué)的持續(xù)性差，導(dǎo)致學(xué)生不能隨時隨地地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，大大限制了學(xué)生動手能力和創(chuàng)造能力，學(xué)生的潛能不能得到有效的發(fā)掘，嚴(yán)重制約了學(xué)生的發(fā)展。

高校里的師生交流、學(xué)習(xí)，不僅僅在課堂上進(jìn)行，還應(yīng)該在課堂以外的場合進(jìn)行。同樣，實(shí)驗(yàn)教學(xué)也是如此。在實(shí)驗(yàn)過程中，學(xué)生驗(yàn)證教材上或者教師在課堂上的理論，往往有各種各樣的疑問需要解答，但如果沒有及時地進(jìn)行溝通和交流，實(shí)驗(yàn)教學(xué)的教與學(xué)會出現(xiàn)脫節(jié)，大大影響實(shí)驗(yàn)教學(xué)的質(zhì)量，學(xué)生對學(xué)習(xí)的熱情和態(tài)度也相應(yīng)地減低，這對實(shí)驗(yàn)教學(xué)會產(chǎn)生不良的效果。

三、云計算對高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)的影響

正如前面所說，假如我們將云計算技術(shù)運(yùn)用到實(shí)驗(yàn)教學(xué)當(dāng)中，能將實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源也像水電煤氣這些公共設(shè)施一樣給師生使用，這對于高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)來說，無疑是一個重大的突破。

首先，針對高校信息化建設(shè)成本高的問題，將云計算理念運(yùn)用到實(shí)驗(yàn)室建設(shè)方面，可以大大減少對實(shí)驗(yàn)教學(xué)投入的硬件成本，可將實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源得到合理的充分利用，避免對實(shí)驗(yàn)室的重復(fù)建設(shè)和減少對實(shí)驗(yàn)設(shè)備使用過程中的損耗。其次，云計算的使用，可以將實(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)資源進(jìn)行智能管理，各系部的教師或者學(xué)生根據(jù)自己需求，提供給他們一種彈性擴(kuò)展的實(shí)驗(yàn)平臺，提高了實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理的效率。更為重要的是，云計算能夠?yàn)榻逃畔⒒ㄔO(shè)提供技術(shù)支撐和交付方式，構(gòu)建不同的云服務(wù)，共享這些豐富的實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源，讓師生之間的教與學(xué)能夠充分融合在一起，并且可以隨時隨地地進(jìn)行溝通、交流，增加教與學(xué)的互動性，激發(fā)學(xué)生的興趣、想象力和創(chuàng)造力，充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極主動性和追求真知實(shí)干的嚴(yán)謹(jǐn)態(tài)度，真正做到實(shí)驗(yàn)教學(xué)所要求“求真、創(chuàng)新”的目的。

四、云計算在高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)的應(yīng)用

既然云計算在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中有著重要的影響，那么我們應(yīng)該結(jié)合自己的專業(yè)優(yōu)勢，將云計算應(yīng)用到實(shí)際的實(shí)驗(yàn)教學(xué)里，并將這項(xiàng)技術(shù)推廣到教學(xué)、行政辦公、科研和社會服務(wù)中。

（一）構(gòu)建實(shí)驗(yàn)教學(xué)云計算平臺——虛擬實(shí)驗(yàn)室

在高校中，往往學(xué)校提供的實(shí)驗(yàn)資源常常不能保證每個學(xué)生都擁有自己的實(shí)驗(yàn)室，而云計算通過共享開發(fā)測試資源和遠(yuǎn)程桌面共享的方式，可以實(shí)現(xiàn)“每個師生都有一個屬于自己實(shí)驗(yàn)室——虛擬實(shí)驗(yàn)室”的設(shè)想[1]?；谠朴嬎愕摹疤摂M實(shí)驗(yàn)室”工作原理如圖1所示，用戶通過瘦客戶端用鼠標(biāo)或鍵盤觸發(fā)事件向網(wǎng)絡(luò)發(fā)出請求，然后輸入實(shí)驗(yàn)資源的要求，數(shù)據(jù)中心根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需求，從云存儲空間和服務(wù)器上智能的部署所需要的實(shí)驗(yàn)資源，用戶即可登陸指定的桌面操作系統(tǒng)或應(yīng)用服務(wù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作。虛擬實(shí)驗(yàn)室通過標(biāo)準(zhǔn)化環(huán)境建設(shè)完成實(shí)驗(yàn)室環(huán)境準(zhǔn)備，通過虛擬化資源池建設(shè)完成實(shí)驗(yàn)室環(huán)境搭建，通過自動化方式完成實(shí)驗(yàn)資源申請、回收、監(jiān)控和管理，通過虛擬桌面的方式完成遠(yuǎn)程訪問。

（二）構(gòu)建實(shí)驗(yàn)教學(xué)的混合云

相對于公有云來說，私有云部署在自身內(nèi)部，是為一個機(jī)構(gòu)或組織單獨(dú)使用而構(gòu)建的，該機(jī)構(gòu)或組織擁有基礎(chǔ)設(shè)施，并可以控制在此基礎(chǔ)設(shè)施上部署應(yīng)用程序的方式，并且私有云可部署在該機(jī)構(gòu)數(shù)據(jù)中心的防火墻內(nèi)，也可以將它部署在一個安全的主機(jī)托管場所，從而提供了對數(shù)據(jù)、安全性和服務(wù)質(zhì)量的最有效控制。但是，私用云的一個缺點(diǎn)是一次性投入大。如果為每個實(shí)驗(yàn)教學(xué)都建設(shè)專有的私有云，如何區(qū)別它與自身已有的實(shí)驗(yàn)資源是個問題，專門去做這樣的云計算平臺投入巨大，如果使用效率不高也同樣會造成資源浪費(fèi)。而云計算在高校的發(fā)展并非局限于基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)，高校在平臺云和應(yīng)用云等方面也有著相應(yīng)的需求和建設(shè)。在私有云的建設(shè)基礎(chǔ)上，通過各種云計算技術(shù)，統(tǒng)一部署、統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)一管理，建設(shè)面向各種群體、各種領(lǐng)域和各種用途的混合云，是目前高校信息化建設(shè)中云計算的主要發(fā)展方向和目標(biāo)[2]。因此，可以考慮將各高校實(shí)驗(yàn)的資源集約化，集中建立區(qū)域性的云計算平臺，可以根據(jù)各高校實(shí)驗(yàn)室的分布密集程度，建立專門針對不同專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的市—省—國家級架構(gòu)的私有云平臺。同時，各級云計算數(shù)據(jù)中心通過異地容災(zāi)，以保證業(yè)務(wù)的連續(xù)性和可靠性。各高校的實(shí)驗(yàn)教學(xué)可以根據(jù)自身所處區(qū)域租用市或省云計算中心的資源，由云計算中心向各個實(shí)驗(yàn)室私有云提供IaaS，PaaS，SaaS[3]，并共同構(gòu)建實(shí)驗(yàn)教學(xué)的混合云，以實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源有效的共享。

五、結(jié) 語

云計算是傳統(tǒng)計算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展的融合產(chǎn)物，也是引領(lǐng)未來信息產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新的關(guān)鍵戰(zhàn)略性技術(shù)和手段。云計算的出現(xiàn)和發(fā)展，能解決許多當(dāng)前高校的一些發(fā)展瓶頸問題，改善了在教學(xué)、實(shí)驗(yàn)、行政辦公、科研和社會服務(wù)等方面的不足，給我國高校在信息化建設(shè)中帶來許多創(chuàng)新的教學(xué)模式，也給高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)帶來更多的挑戰(zhàn)。相信在不久的將來，高校里的師生在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)的時候，使用實(shí)驗(yàn)資源能像供水、輸電一樣方便、快捷。

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